Wie ein Abfallstrom aus Meeresfrüchten in ein Mehrzweck-Biopolymer umgewandelt wird

Insgesamt leistet unser modernes Lebensmittelsystem gute Arbeit bei der Vermeidung von Ressourcenverschwendung, indem es Wege findet, die verschiedenen Nebenprodukte zu nutzen, die es auf dem Weg erzeugt. Oft können diese Ströme noch weiter „aufgewertet“ werden, von Anwendungen mit geringem Wert zu Anwendungen mit höherem Wert. Es gibt ein aktuelles Beispiel für einen ehemals großen Abfallstrom, der nun als Grundlage für eine breite Palette nützlicher Produkte erschlossen wird. Das Produkt ist ein sogenanntes Biopolymer Chitosan die aus den Schalen von Krebstieren hergestellt werden können – z. B. Krabben, Hummer und Garnelen. Wenn diese Tiere zu Konsumgütern verarbeitet werden, werden die Schalen normalerweise als Abfall behandelt, der entweder ins Meer geworfen, verbrannt oder auf Deponien entsorgt wird. Zwei Personen, die in der Meeresfrüchteindustrie tätig waren (Craig Kasberg und Zach Wilkinson), untersuchten unabhängig voneinander das Potenzial für eine bessere Verwendung der Schalen, weil sie sich darüber und andere Abfallprobleme Sorgen machten. Ein gemeinsamer Freund stellte sie vor, weil er gehört hatte, wie sie beide über Chitosan sprachen. Am Ende gründeten sie eine Firma namens Gezeitenvision die anschließend eine neuartige und skalierbare Methode zur Extraktion von Chitosan aus den Schalen ausarbeiteten.

Hintergrund Biologie: Die harten äußeren Schalen von Krebstieren bestehen aus etwas namens Chitin, dem zweithäufigsten Polymer auf dem Planeten, nach Zellulose aus Pflanzen. Chitin wird dann einem Deacetylierungsprozess unterzogen, um zu Chitosan zu werden, wo es dann aufgrund seiner „kationischen“ (positiven) Ladung einige einzigartige und interessante Eigenschaften hat. Dies verleiht ihm die Fähigkeit, mit jeder Chemikalie, die eine „anionische“ (negative) Ladung hat, eine ionische Bindung einzugehen. Diese natürliche Chemikalie ist seit langem bekannt und wird verwendet, aber sie war immer relativ teuer. Das firmeneigene Chitin- und Chitosan-Extraktionsverfahren von Tidal Vision verwendet recycelbare Lösungsmittel der „grünen Chemie“ und erzeugt zusätzlich zum Chitosan ein nutzbares Düngemittel-Nebenprodukt. Dieses kostengünstigere Chitosan hat das Spiel verändert, weil es plötzlich so viele praktischere Anwendungen gibt, wobei bisher mindestens 400 potenzielle Anwendungen identifiziert wurden. Einer der Gründe für diese Anwendungsbreite ist, dass Chitosan in verschiedenen Formen existieren kann. Es ist möglich, unterschiedliche Kettenlängen des Polymers und unterschiedliche „Deacetylierungsgrade“ zu erzeugen.

Tidal Vision ist schnell gewachsen, muss aber seine Ressourcen priorisieren. Der derzeitige Fokus liegt auf drei Hauptverwendungskategorien für Chitosan, die als Tidal Clear, Tidal Grow und Tidal Tex bezeichnet werden.

Gezeiten klar ist die Marke für die Wasseraufbereitungsindustrie, und das ist heute der aktivste Teil der Geschäftstätigkeit des Unternehmens. Chitosan ist als „Flockungsmittel“ sehr effektiv, da es aufgrund seiner kationischen Bindungsfähigkeit verschiedene Partikel zusammenziehen kann, sodass sie sich entweder absetzen oder leichter durch Filtern entfernt werden können. Chitosan ist ein neues alternatives Flockungsmittel zur Klärung von Wasser, das in eine Wasseraufbereitungsanlage gelangt, und auch zum Herausfiltern der Biofeststoffe aus dem Wasser, damit es nach der Abwasserbehandlung recycelt werden kann. Es kann auch als Beckenklärer verwendet werden. In Tierverarbeitungsbetrieben kann Chitosan verwendet werden, um Fette oder andere potenzielle Nährstoffe aus dem Waschwasser zurückzugewinnen. In Obst- und Gemüseverpackungsbetrieben hilft es beim Recycling des Waschwassers. In diesen Fällen ersetzt das Chitosan oft Aluminiumsulfat oder reduziert die benötigte Menge stark.

Gezeiten wachsen ist eine Kategorie für landwirtschaftliche Zwecke. Chitin kommt in den Zellwänden von Pilzen vor und bildet das „Exoskelett“ von Insekten. Pflanzen haben verschiedene Möglichkeiten, Pilz- und Insektenschädlinge zu erkennen, um ihre natürlichen Abwehrsysteme zu stärken, und Chitosan ist in der Lage, diese Reaktion als Teil einer biostimulierenden Gesamtwirkung hervorzurufen. Tidal Vision wird zu diesem Zweck ein Produkt zur Saatgutbehandlung auf Chitosanbasis auf den Markt bringen. Chitosan kann auch für „Biokontrolle“ sorgen, was bedeutet, dass es an Mikroben binden und sie an der Vermehrung hindern kann. Chitosan kann auch zur effektiveren Abgabe von Pflanzenschutzmitteln wie Kupferhydroxid verwendet werden, das zu den wenigen verfügbaren Optionen für bakterielle Krankheiten bei Pflanzen wie Zitrusfrüchten und Walnüssen gehört, aber normalerweise zu leicht von Pflanzen abgewaschen wird. Das Unternehmen untersucht andere Möglichkeiten, wie Chitosan verwendet werden kann, um die Leistung anderer bewährter Pflanzenschutz- und Düngemittelprodukte zu verbessern.

Gezeiten-Tex ist die Marke des Unternehmens für Textilien, wo sie eine Option mit geringer Toxizität bietet, um metallbasierte und synthetische Chemikalien zu ersetzen, die als Flammschutzmittel, antimikrobielle Mittel oder Geruchshemmer verwendet werden. Millionen Pfund dieser Produkte werden für alles verwendet, von Kleidung über Möbel und Matratzen bis hin zu Autotürverkleidungen. Chitosan ist auch als „Färbebeize“ für die Herstellung farbiger Stoffe nützlich. Im Juni 2021 kündigte Tidal Vision eine Partnerschaft mit Leigh Fibers und die Eröffnung einer neuen Produktionsstätte in South Carolina an, um Chitosan-Formulierungen herzustellen, die Plug-on-Optionen speziell für die Textilindustrie sind. Leigh-Fasern ist führend in der Branche in Bezug auf die Herstellung von technischen Faserlösungen sowie die Verarbeitung von Textilabfällen für wünschenswerte Zwecke.

Im Hinblick auf zukünftige Anwendungen arbeitet Tidal Vision mit potenziellen Kunden zusammen, um Muster von Formen von Chitosanlösungen zu identifizieren und bereitzustellen, die ihren Anforderungen wahrscheinlich entsprechen. Wenn neue Passformen identifiziert werden, arrangieren sie nicht-exklusive Liefervereinbarungen für die Zukunft.

Was einst nur ein problematischer Abfallstrom war, ist heute eine Quelle für Inhaltsstoffe auf natürlicher Basis mit zahlreichen wertvollen Verwendungsmöglichkeiten.